硅砖是最常见的硅石耐火材料，至今已有100多年的历史，因其具有较高的高温强度和荷重软化温度，较好的抗高温蠕变性及较强的抗酸性渣侵蚀能力等优良的性能，在工业生产中广泛应用，主要用于焦炉、玻璃熔窑和大型高炉的热风炉。硅砖中一般存在3种晶相，分别是鳞石英、方石英和少量的残余石英，它们的真密度依次增大。一般来说，真密度、热膨胀系数、鳞石英和残余石英的含量是表征硅砖最关键的性能指标。烧成过程中石英转化为体积稳定的鳞石英和高温性能优异的方石英的程度越大，则残余石英含量越少，硅砖的真密度越小，则高温体积稳定性越好，使用过程中的再膨胀也越小。硅砖中这些矿物相的转变与矿化剂的数量和性质密不可分，因此，除了合理地选择硅石原料，生产中还需要加入合适的矿化剂。另外，为了进一步提高硅砖的某些性能，还常常引入一些外加剂。在本文中，就制备硅砖所用原料的种类、矿化剂的选择、添加物的引入以及硅砖的应用和潜在发展方向进行了综述。
1 硅砖的研究进展
1.1 原料种类的选择
我国有丰富的硅石资源，由于其形成原因不同，所表现的形态及其性能存在差别，适合于耐火材料的硅石主要是石英岩，根据其组织结构种类可分为结晶硅石和胶结硅石。一般来说，结晶硅石纯度较高，生料密度大，石英结晶颗粒较大，加热时转变速度较慢胶结硅石常含少量杂质，纯度相对较低，且胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，胶结物含量较多，加热时转化速度较快。因此，应根据当地硅石原料的特点，制定合理的生产工艺，生产适合不同用途的硅砖。
由于结晶硅石和胶结硅石各有优缺点，人们也考虑将两者复合配料，发挥各自的优点。唐莉分别对以胶结硅石、结晶硅石以及两种硅石混合为原料制成的焦炉硅砖进行研究，结果表明:以结晶硅石和胶结硅石混合为原料生产的硅砖体现了良好的综合性能。
刘金明等选用唐山雷庄结晶硅石、辽宁石门结晶硅石和五台山胶结硅石复合配料，采用CaO－FeO系矿化剂，在隧道窑内弱还原气氛下1380℃51h烧成，制造出了鳞石英含量70%～75%(w)，残余石英含量＜1.2%(w)的焦炉用优质硅砖。解西军等通过优选原料，采用混合硅石制砖技术，选用合适的硅石混合比例，于1400℃40h烧成，生产出了蠕变率.2MPa，1550℃50h)为-0.35%、残余石英含量为0.5%(w)的优质热风炉硅砖。
1.2 矿化剂的选择
在硅砖生产过程中，常引入一定量的矿化剂，其作用主要是利用矿化剂和SiO2或其他杂质形成低熔点的高温液相，促使石英在烧成过程中转化为鳞石英和方石英，同时可以缓冲烧成过程中相变过快引起体积急剧膨胀而导致制品的松散和开裂。目前，广泛采用的矿化剂是石灰和铁鳞。石灰通常以石灰乳的形式加入，它既能增加成型后砖坯的强度，也可在烧成低温阶段(600～700℃)与SiO2反应而使砖坯强度有所增加，在1000℃以后生成的假硅灰石可与其他矿化剂生成液相，使石英向鳞石英转化。铁鳞常常与石灰同时作为矿化剂加入，可以显著降低液相出现的温度和黏度，减少制品裂纹。为使铁鳞在配料中均匀分布达到良好的矿化效果，要求粒度≤0.088mm的质量分数＞80%。
除了石灰和铁鳞外，人们也用一些其他种类的矿化剂。李树林选用了萤石和长石为复合矿化剂，试制了焦炉用低铁、低真密度、高强度的优质硅砖。柴俊兰［8］研究了矿化剂对硅砖相变及烧结行为的影响，结果表明:MnO2除具有钙质矿化剂的优点，还能够在较低温度下促进鳞石英的形成，并且不与结合剂如纸浆废液、酚醛树脂反应，也是一种效果明显的矿化剂。
陈磊等采用高纯硅石为原料，通过添加特制C3S作为矿化剂，减缓了释放速度，同时引入第三代减水剂改善了矿化剂分散，提高了材料的密度并减少了、FeOx的引入，成功研制出了低钙、低气孔率特种硅砖。
除了矿化剂的种类外，矿化剂的粒度也是近年来人们研究的热点。矿化剂的粒度越细，其在硅质原料中分布越均匀，其作用效果越好。Satpathy等采用纳米氧化铁作为硅砖的矿化剂，发现添加纳米氧化铁能够改善硅砖的物理和力学性能，减小硅质制品的真密度，降低制品中残余石英的含量。臧纯勇等比较了高导热硅砖与普通硅砖的性能，结果显示，纳米级矿化剂分散性好，矿化效率更高，使得硅质产品内部颗粒本身以及颗粒间在晶型转变过程中伴随的体积膨胀与收缩的同步性更好，减少了由于体积应力造成的裂纹孔隙。
1.3 添加物的引入
针对不同用途，硅砖的某些性能如导热性、耐磨性和抗热震性等需要进一步提高。此时，除了合理选择硅石原料和加入合适的矿化剂外，还需要引入一定量的添加物以达所需效果。
通常，采用硅质耐火材料砌筑焦炉时，除要求其具有良好的热导率外，还要求具有较高的热力学性能。文献表明，加入SiC可促进鳞石英的形成，降低硅砖的热膨胀率和蠕变速率;由于SiC的体积密度和热导率均较高，随着SiC含量的增多，试样的热导率及高温抗折强度亦随之提高。王立平
以结晶硅石为原料，采用铁鳞－石灰乳为复合矿化剂，分别加入1%、3%、5%(w)的Si3N4制备了硅砖，结果表
明:抗热震性均优于未加Si3N4的对比试样，并且随着加入量的增加，试样的显气孔率先下降然后上升;加入5%(w)Si3N4时烧制出的硅砖有较高的鳞石英含量以及致密的显微结构，有希望用作大型焦炉的砌筑材料。
在硅砖制造中也常常引入金属及其氧化物添加剂。文献表明:含有金属添加剂的硅砖制品具有较为致密的组织结构，其特点是显气孔率低，体积密度及耐压强度较高。这是由于加入的金属添加剂添加量增大时制品中方石英含量减少，鳞石英含量增多，并且金属加入引起液相的生成，从而导致材料致密度提高，热膨胀率下降。Manivasakan等和等研究了纳米TiO2的引入对硅质耐火材料性能的影响。研究结果表明:引入TiO2后，硅质耐火材料的体积密度上升，显气孔率下降，残余石英量减少，鳞石英量增加，强度和耐火性能得到了优化，并且加入纳米级的TiO2比加入微米级的TiO2效果好。
2 硅砖的应用
2.1 焦炉用硅砖
硅砖是焦炉砌体的主要材料，主要用于砌筑焦炉的燃烧室、炭化室、斜道、蓄热室墙和炉顶等，占焦炉用耐火砖总量的60%～70%。焦炉用硅砖以鳞石英为主晶相。由于在使用过程中需要在高温下承受炉顶上装煤车的动载荷，并且，炼焦煤需要靠炭化室和燃烧室的隔墙热传导加热;焦炉周期性地装煤，出焦会引起燃烧室墙两侧硅砖的温度剧烈变化。因此，要求焦炉硅砖荷重软化温度高，热导率高，抗热震性好以及高温体积稳定性好。现代大型焦炉为了提高生产能力，要求焦炉用硅砖残余石英少，具有更高的致密度、导热性、高温强度及抗热震性能。因此，需要进一步开发应用高密度、高纯度硅砖以及高导热高密度硅砖等来满足焦炉不同部位的需求。
2.2 玻璃窑用硅砖
因硅砖具有成本低，化学纯度高，荷重软化点高，不会污染玻璃，对少量R2O气相和酸性气体侵蚀的抵抗性较好等优点，因此广泛应用于玻璃熔窑的碹顶、吊墙上部以及前后墙。玻璃窑的使用环境要求控制硅砖中非SiO2的含量，且要求硅砖以方石英为主晶相。对于大型玻璃窑、全氧燃烧玻璃窑来说，需要用高纯度、抗蠕变、抗侵蚀的硅质耐火材料。瑞泰科技已通过优化工艺成功制造了低CaO、Fe2O3含量和低气孔率的特优硅砖。这类材料具有良好的抗蠕变、抗侵蚀能力，特别适合作大跨度玻璃窑、全氧燃烧玻璃窑的衬料，但是有待建设专业化生产线，将技术转化为生产力。
2.3 热风炉用硅砖
硅砖在大型高炉热风炉上应用广泛。热风炉高温区域包括拱顶和格子砖的上部，主要是燃料燃烧空间及其周边区域，这个区域的温度始终稳定在高温段，波动较小，一般以砌筑硅砖为主。高炉热风炉高温部位用硅砖主要以鳞石英为主晶相，具有以下的特点:1)在长期高温并有负荷的条件下，体积稳定，高温蠕变率低，可连续使用一个甚至两个高炉炉役；2)600℃以上有良好的抗热震性，适应热风炉温度的多变性，使砖和砌体保持完整;3)抗化学侵蚀性比黏土砖和一般高铝砖好，煤气、烟尘中的碱性物质对硅砖的侵蚀仅限于表面形成一层玻璃相，并不发生剥落硅砖的热导率比黏土砖、高铝砖的大，有利于在较短时间储存和释放热量。
目前，随着炼铁技术的进步，热风炉逐步向高风温、大容量的方向发展，送风温度已提高到1350℃，由于风温的提高，对热风炉硅砖的要求也将更加苛刻。
随着高温工业的发展，对硅砖提出的要求越来越高，为了更好地满足市场需求，对硅砖性能的改进也将不断进行。另外，今后硅质耐火材料的发展应充分发挥我国硅石原料储量丰富，价格低廉的优势，扩大其应用领域，取代部分铝硅系耐火材料来缓解铝土矿资源紧张的局面;同时，充分地循环利用废硅砖，减少废弃物的排放，降低成本，也是一个需要重视的问题;针对焦炉、玻璃窑的特殊部位用超大型、异型硅砖，开发硅质浇注料来解决成型困难，成品合格率相对较低的问题，也将是硅质耐火材料研究的方向。总之，随着对硅质耐火材料研究的深入，其应用前景也越来越广阔。
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